package tree;

import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Queue;

/**
 * AVL树
 * 标注节点高度
 * 平衡因子：左子树高度 - 右子树高度，一旦有一个节点的平衡因子的绝对值 >=2 那表示这颗树已经不是平衡二叉树了
 * 右旋转：
 * 左旋转：
 * LL情况：
 * RR情况：
 * LR情况：
 * RL情况：
 *
 *
 */
public class AVL<E extends Comparable<E>>{

    private class Node{
        public E e;
        public Node left;
        public Node right;
        public int height;  //保存节点的高度，左右子树中高的那一个节点的高度 + 1


        public Node(E e){
            this.e = e;
            this.left = null;
            this.right = null;
            this.height = 1;    //叶子节点的高度一定为1
        }
    }


    private Node root;
    private int size;

    public AVL(){
        root = null;
        size = 0;
    }

    public int getSize(){
        return size;
    }

    public boolean isEmpty(){
        return size == 0;
    }

    // 获取节点的高度
    private int getHeight(Node node){
        if(node == null){
            return  0 ;
        }

        return node.height;
    }

    // 获取节点的平衡因子: 左右子树的高度差
    private int getBalanceFactor(Node node){
        if(node == null ){
            return  0;
        }

        return getHeight(node.left) - getHeight(node.right);
    }

    //判断当前的树，是否是一个二分搜索树
    public boolean isBST(){
        // 使用中序遍历，所有节点的值是顺序的
        List<E> list = new ArrayList<E>();
        inOrder(root,list);

        for (int i = 1; i <= list.size(); i++) {
            //比较前一个值和后一个值，如果前一个值大于后一直，那么表示该树不符合二分搜索树的性质
            if(list.get(i - 1).compareTo( list.get(i) ) > 0){
                return false;
            }
        }

        return true;

    }

    // 判断当前树是否是一颗平衡二叉树
    public boolean isBalanced(){

        return isBalanced(root);
    }

    private boolean isBalanced(Node node){
        if(node == null){
            return true;    // 空树也是平衡二叉树
        }

        int balanceFactor = getBalanceFactor(node); //获取当前节点的平衡因子
        if(Math.abs(balanceFactor) > 1 ){
            return false;
        }

        boolean leftIsBalanced = isBalanced(node.left);
        boolean rightIsBalanced = isBalanced(node.right);

        return leftIsBalanced && rightIsBalanced;

    }

    public void add(E e){

        root = add(root,e);
    }

    // 退出条件：node == null，此时的node表示的新增节点
    // 返回值是新增节点
    public Node add(Node node,E e){
        if(node == null){
            //此时没有节点了，需要新增节点
            size++;
            return new Node(e);
        }

        if(e.compareTo(node.left.e) < 0){   //小于左子树，那就往左边遍历
            // 此时的node表示的是新增节点的父节点
            node.left = add(node.left,e);
        }else if(e.compareTo(node.right.e) > 0){    //大于右子树中的值，往右遍历
            node.right = add(node.right,e);
        }

        //需要更新当前节点的高度，因为新增了一个节点
        node.height = 1 + Math.max(getHeight(node.left) , getHeight(node.right));

        //添加完节点之后，判断节点的平衡因子
        int balanceFactor = getBalanceFactor(node);

        // LL情况
        if(balanceFactor > 1 && getBalanceFactor(node.left) >= 0){ //getBalanceFactor(node.left) >= 0: 树向左倾斜,需要右旋转
            return rightRotate(node);
        }

        // RR 情况
        if(balanceFactor < -1 && getBalanceFactor(node.right) <= 0){ //树向右倾斜，需要左旋转
            return leftRotate(node);
        }

        // LR 情况
        if(balanceFactor > 1 && getBalanceFactor(node.left) < 0){
            //先将x左旋转
            node.left = leftRotate(node.left);
            return rightRotate(node);
        }
        // RL 情况
        if(balanceFactor < -1 && getBalanceFactor(node.right) > 0){
            node.right = rightRotate(node.right);
            return leftRotate(node);
        }





        return node;
    }

    // 右旋转
    // 返回右旋转之后，新二分搜索树的根节点
    private Node rightRotate(Node y){
        Node x = y.left;
        Node t3 = x.right;

        // 向右旋转的过程
        x.right = y;
        y.left = t3;

        // 需要更新节点的 height值，先更新y的，再更新x的
        y.height = Math.max( getHeight(y.left) , getHeight(y.right)) + 1;
        x.height = Math.max( getHeight(x.left) , getHeight(x.right)) + 1;

        return x;
    }

    // 左旋转
    // 返回左旋转之后，新二分搜索树的根节点
    private Node leftRotate(Node y){
        Node x = y.right;
        Node t3 = x.left;

        // 向左旋转
        x.left = y;
        y.right = t3;

        //维护节点高度
        y.height = Math.max( getHeight(y.left), getHeight(y.right) ) + 1;
        x.height = Math.max( getHeight(x.left), getHeight(x.right) ) + 1;
        return x;
    }


    // 左旋转
    private void leftRotate(){

    }

    //中序遍历
    public void inOrder(){
        //inOrder(root);
    }

    private void inOrder( Node node , List<E> list){
        if (node == null){
            return;
        }

        inOrder(node.left,list);
        list.add(node.e);
        inOrder(node.right,list);
    }

    //广度优先遍历,需要使用while循环和借助队列（FIFO）来实现
    public void levelOrder(){
        Queue<Node> queue = new LinkedList<>();
        queue.add(root);

        while ( !queue.isEmpty() ){
            // step1: 取出当前节点，
            // step2: 然后将当前节点的左右孩子放入队列中
            Node cur = queue.remove();
            System.out.println("广度优先遍历：" + cur.e);
            if(cur.left != null){
                queue.add(cur.left);
            }

            if(cur.right != null){
                queue.add(cur.right);
            }
        }
    }

    // 反转二叉树
    public void invertTree(){

        root = invertTree(root);

    }

    // 反转二叉树
    // 退出条件：node == null的时候
    // 返回值：反转之后的根节点
    private Node invertTree(Node node){
        if(node == null){
            return null;
        }

        //开始反转
        Node temp = node.left;
        node.left = invertTree(node.right); //用左子树去接住遍历右子树之后的根节点
        node.right = invertTree(temp);      //用右子树去接住遍历左子树之后的根节点
        return node;

    }


    //查找二分搜索树的最小节点,查左子树,如果左子树某一节点没有左子树了，那就是最小节点
    public Node findMin(){
        return findMin(root);
    }

    private Node findMin(Node node){
        if(node.left == null){
            return node;
        }

        return findMin(node.left);

    }

    // 删除二分搜索树的最小值
    public Node removeMin(){
        Node ret = findMin();
        //删除最小节点
        root = removeMin(root);
        return ret;
    }

    // 返回删除节点之后新的二分搜索树的根
    private Node removeMin(Node node){
        if(node.left == null){
            //开始删除
            Node rightNode = node.right;
            node.right = null;  // 便于垃圾收集器回收内存
            size--;
            return rightNode;
        }

        //维护树的结构
        node.left = removeMin(node.left);
        return node;
    }


    // 查找二分搜索树最大值
    public Node findMax(){
        Node maxNode = findMax(root);

        return maxNode;
    }

    // 返回最小节点
    private Node findMax(Node node){
        if(node.right == null){ //当这个节点没有右孩子的时候，这个节点就是最大的
            return node;
        }

        //需要从右子树开始查
        Node ret = findMax(node.right);
        return ret;
    }

    // 删除二分搜索树最大值节点
    public Node removeMax(){
        Node maxNode = findMax();
        //删除二分搜索树
        root = removeMax(root);
        return maxNode;
    }

    // 返回值是删除节点之后，新二分搜索树的根节点
    private Node removeMax(Node node){
        if(node.right == null){
            //该节点就是最大值节点
            Node leftNode = node.left;
            node.left = null;   //方便GC回收
            size--;
            return leftNode;
        }

        node.right = removeMax(node.right);
        return node;
    }


    //删除任意元素
    public void remove(E e){
        root = remove(root,e);
    }

    private Node remove(Node node,E e){
        if(node == null){
            //没有该节点
            return null;
        }


        Node retNode;
        if(e.compareTo(node.e) < 0){    //往左子树查
            node.left = remove(node.left,e);
            retNode = node;
        }else if(e.compareTo(node.e) > 0){  //往左子树查
            node.right = remove(node.right,e);
            retNode = node;
        }else{ //e.equals(node.e)
            //值相等，此时需要删除该节点
            //第一种情况，node的左子树为null
            if(node.left == null){
                Node rightNode = node.right;
                node.right = null;
                size--;
                retNode =  rightNode;
            } else if(node.right == null){ //第二种情况,node的右子树为null
                Node leftNode = node.left;
                node.left = null;
                size--;
                retNode =  leftNode;
            }else {
                // 第三种情况，node的左右子树都不为null
                // 找到比待删除节点的中的最小节点，即待删除节点的右子树中，最小的节点
                // 使用successor替换掉node节点
                Node successor = findMin(node.right);
                successor.right = removeMin(node.right);
                size++;


                successor.left = node.left;
                node.left = node.right = null;  //删除node节点
                size--;

                retNode = successor;
            }
        }

        if(  retNode == null){
            return null;
        }

        //需要更新当前节点的高度，因为新增了一个节点
        retNode.height = 1 + Math.max(getHeight(retNode.left) , getHeight(retNode.right));

        //添加完节点之后，判断节点的平衡因子
        int balanceFactor = getBalanceFactor(retNode);

        // LL情况
        if(balanceFactor > 1 && getBalanceFactor(retNode.left) >= 0){ //getBalanceFactor(node.left) >= 0: 树向左倾斜,需要右旋转
            return rightRotate(retNode);
        }

        // RR 情况
        if(balanceFactor < -1 && getBalanceFactor(retNode.right) <= 0){ //树向右倾斜，需要左旋转
            return leftRotate(retNode);
        }

        // LR 情况
        if(balanceFactor > 1 && getBalanceFactor(retNode.left) < 0){
            //先将x左旋转
            retNode.left = leftRotate(retNode.left);
            return rightRotate(retNode);
        }
        // RL 情况
        if(balanceFactor < -1 && getBalanceFactor(retNode.right) > 0){
            retNode.right = rightRotate(retNode.right);
            return leftRotate(retNode);
        }

        return retNode;
    }




}